μCUnit，微控制器的单元测试框架

　　在MCU on Eclipse网站上看到Erich Styger在8月26日发布的博文，一篇关于微控制器单元测试的文章，有很高的参考价值，特将其翻译过来以备学习。原文网址：https://mcuoneclipse.com/2018/08/26/tutorial-%CE%BCcunit-a-unit-test-framework-for-microcontrollers/

　　单元测试是主机开发的常见做法。但对于嵌入式开发，这似乎仍然是一个“空白”领域。主要是因为嵌入式工程师不习惯单元测试，或者因为单元测试的通常框架需要嵌入式目标上的太多资源？

　　我使用的是μCUnit框架，它是一个小巧易用的框架，面向小型微控制器应用。

uCUnit

　　框架非常简单：两个头文件和一个.c文件：

uCUnit框架文件

　　使用uCUnit GitHub站点中的原始站点或使用我从GitHub稍微调整和修改的站点，以与MCUXpresso SDK和IDE一起使用。

　　概念是单元测试包括提供测试宏的uCunit.h头文件。

　　头文件中的#define将输出配置为详细或正常：

UCUNIT_MODE_NORMAL或UCUNIT_MODE_VERBOSE

　　System.c和System.h是系统的连接，主要用于启动，关闭和打印测试结果到控制台。下面是使用printf（）方法写入输出的实现，但是这可以被任何写入例程替换或扩展到SD卡上的日志文本。

 1 /* Stub: Transmit a string to the host/debugger/simulator */
 2 void System_WriteString(char * msg) {
 3 
 4     PRINTF(msg);
 5 
 6 }
 7  
 8 void System_WriteInt(int n) {
 9 
10     PRINTF("%d", n);
11 
12 }

框架概述

　　首先，我必须包含单元测试框架头文件：

#include "uCUnit.h"

　　接着，我必须初始化框架

UCUNIT_Init(); /* initialize framework */

　　还有一个测试用例包含在UCUNIT_TestcaseBegin（）和UCUNIT_TestcaseEnd（）中：

UCUNIT_TestcaseBegin("Crazy Scientist");

/* test cases ... */

UCUNIT_TestcaseEnd();

　　在最后使用时写一个摘要

UCUNIT_WriteSummary();

　　如果系统应该关闭使用a

UCUNIT_Shutdown();

测试

　　该框架提供了多种测试方法，例如：

UCUNIT_CheckIsEqual(x, 0); /* check if x == 0 */

UCUNIT_CheckIsInRange(x, 0, 10); /* check 0 <= x <= 10 */

UCUNIT_CheckIsBitSet(x, 7); /* check if bit 7 set */

UCUNIT_CheckIsBitClear(x, 7); /* check if bit 7 cleared */

UCUNIT_CheckIs8Bit(x); /* check if not larger then 8 bit */

UCUNIT_CheckIs16Bit(x); /* check if not larger then 16 bit */

UCUNIT_CheckIs32Bit(x); /* check if not larger then 32 bit */

UCUNIT_CheckIsNull(p); /* check if p == NULL */

UCUNIT_CheckIsNotNull(s); /* check if p != NULL */

UCUNIT_Check((*s)==’\0’, "Missing termination", "s"); /* generic check: condition, msg, args */

　　通过几个例子可以解释这一点。

示例：疯狂的科学家

　　下面是一个'crazyScientist'功能，它结合了不同的材料：

 1 typedef enum {
 2     Unknown,  /* first, generic item */
 3     Hydrogen, /* H */
 4     Helium,   /* He */
 5     Oxygen,   /* O */
 6     Oxygen2,  /* O2 */
 7     Water,    /* H2O */
 8     ChemLast  /* last, sentinel */
 9 } Chem_t;
10  
11 Chem_t crazyScientist(Chem_t a, Chem_t b) {
12     if (a==Oxygen && b==Oxygen) {
13         return Oxygen2;
14     }
15 
16     if (a==Hydrogen && b==Oxygen2) {
17         return Water;
18     }
19 
20     return Unknown;
21 
22 }

　　对此的测试可能如下所示：

 1 void Test(void) {
 2   Chem_t res;
 3   UCUNIT_Init(); /* initialize framework */
 4  
 5   UCUNIT_TestcaseBegin("Crazy Scientist");
 6   res = crazyScientist(Oxygen, Oxygen);
 7   UCUNIT_CheckIsEqual(res, Oxygen2);
 8   UCUNIT_CheckIsEqual(Unknown, crazyScientist(Water, Helium));
 9   UCUNIT_CheckIsEqual(Water, crazyScientist(Hydrogen, Oxygen2));
10   UCUNIT_CheckIsEqual(Water, crazyScientist(Oxygen2, Hydrogen));
11   UCUNIT_CheckIsInRange(crazyScientist(Unknown, Unknown), Unknown, ChemLast);
12   UCUNIT_TestcaseEnd();
13    
14   /* finish all the tests */
15   UCUNIT_WriteSummary();
16   UCUNIT_Shutdown();
17 }

　　通过不同的检查，我们可以验证功能是否正在按照我们的预期进行。它产生以下输出：

======================================

Crazy Scientist

======================================

../source/Application.c:60: passed:IsEqual(res,Oxygen2)

../source/Application.c:61: passed:IsEqual(Unknown,crazyScientist(Water, Helium))

../source/Application.c:62: passed:IsEqual(Water,crazyScientist(Hydrogen, Oxygen2))

../source/Application.c:63: failed:IsEqual(Water,crazyScientist(Oxygen2, Hydrogen))

../source/Application.c:64: passed:IsInRange(crazyScientist(Unknown, Unknown),Unknown,ChemLast)

======================================

../source/Application.c:65: failed:EndTestcase()

======================================

**************************************

Testcases: failed: 1

passed: 0

Checks: failed: 1

passed: 4

**************************************

System shutdown.

　　我建议在执行之前编写单元测试*，因为这样我就可以考虑所有不同的极端情况并改进要求。

　　以上输出设置为UCUNIT_MODE_VERBOSE。使用UCUNIT_MODE_NORMAL，它使用更紧凑的格式并仅打印失败的测试：

======================================

Crazy Scientist

======================================

../source/Application.c:63: failed:IsEqual(Water,crazyScientist(Oxygen2, Hydrogen))

======================================

../source/Application.c:65: failed:EndTestcase()

======================================

**************************************

Testcases: failed: 1

passed: 0

Checks: failed: 1

passed: 4

**************************************

System shutdown.

跟踪点

　　在上面的例子中，我们只是从外部测试函数的功能。如何检查以下函数中的测试确实检查除以零的情况？

1 int checkedDivide(int a, int b) {
2     if (b==0) {
3         PRINTF("division by zero is not defined!\n");
4         return 0;
5     }
6     return a/b;
7 }

　　要检查是否真的输入了if（）条件，我可以添加一个跟踪点。跟踪点的数量在μCUnit.h中配置为：

/**

* Max. number of checkpoints. This may depend on your application

* or limited by your RAM.

*/

#define UCUNIT_MAX_TRACEPOINTS 16

　　和

UCUNIT_ResetTracepointCoverage();

　　我可以重置跟踪点。

　　我用跟踪标记执行跟踪点（在0..UCUNIT_MAX_TRACEPOINTS-1范围内）

UCUNIT_Tracepoint(id);

　　和

UCUNIT_CheckTracepointCoverage(0);

　　我可以检查是否触摸了给定的跟踪点。在要测试的功能下面有一个跟踪点：

1 int checkedDivide(int a, int b) {
2     if (b==0) {
3         UCUNIT_Tracepoint(0); /* mark trace point */
4         PRINTF("division by zero is not defined!\n");
5         return 0;
6     }
7     return a/b;
8 }

　　相应的单元测试代码：

1 UCUNIT_TestcaseBegin("Checked Divide");
2 UCUNIT_CheckIsEqual(100/5, checkedDivide(100,5));
3 UCUNIT_ResetTracepointCoverage(); /* start tracking */
4 UCUNIT_CheckIsEqual(0, checkedDivide(1024,0));
5 UCUNIT_CheckTracepointCoverage(0); /* check coverage of point 0 */
6 UCUNIT_TestcaseEnd();

　　然后生成：

======================================

Checked Divide

======================================

../source/Application.c:69: passed:IsEqual(100/5,checkedDivide(100,5))

division by zero is not defined!

../source/Application.c:71: passed:IsEqual(0,checkedDivide(1024,0))

../source/Application.c:72: passed:TracepointCoverage(1)

字符串测试

　　还有许多其他方法可以使用检查，最多可以使用用户配置的检查和消息。以下是要测试的函数的示例：

1 char *endOfString(char *str) {
2   if (str==NULL) {
3     return NULL;
4   }
5   while(*str!='\0') {
6     str++;
7   }
8   return str;
9 }

　　使用以下测试代码：

 1 UCUNIT_TestcaseBegin("Strings");
 2 UCUNIT_CheckIsNull(endOfString(NULL));
 3 str = endOfString("abc");
 4 UCUNIT_Check(
 5     (str!=NULL), /* condition to check */
 6     "string shall be not NULL", /* message */
 7     "str" /* argument as string */
 8     );
 9 UCUNIT_CheckIsEqual('\0', *endOfString(""));
10 UCUNIT_CheckIsEqual('\0', *endOfString("hello"));
11 str = endOfString("world");
12 UCUNIT_CheckIsNotNull(str);
13 UCUNIT_CheckIsEqual('\0', *str);
14 UCUNIT_TestcaseEnd();

　　其输出：

======================================

Strings

======================================

../source/Application.c:76: passed:IsNull(endOfString(NULL))

../source/Application.c:82: passed:string shall be not NULL(str)

../source/Application.c:83: passed:IsEqual('\0',*endOfString(""))

../source/Application.c:84: passed:IsEqual('\0',*endOfString("hello"))

../source/Application.c:86: passed:IsNotNull(str)

../source/Application.c:87: passed:IsEqual('\0',*str)

概要

　　μCUnit是一个非常简单但功能强大的嵌入式设备和微控制器单元测试框架。它易于使用，只需要极少的资源，并通过自动化单元测试帮助提高嵌入式软件的质量。我希望你也觉得它很有用。

链接

μCUnit网页：http：//www.ucunit.org/
μCUnit文档：http：//www.ucunit.org/_documentation.html
μCUnitGithub网站：https：//github.com/ucunit/ucunit
μCUnit示例用法：https：//github.com/ErichStyger/mcuoneclipse/tree/master/Examples/MCUXpresso/FRDM-K64F/FRDM-K64F_uCUnit
适用于MCUXpresso的μCUnit端口：https：//github.com/ErichStyger/mcuoneclipse/tree/master/Examples/MCUXpresso/FRDM-K64F/FRDM-K64F_uCUnit/uCUnit

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